Ученые превратили бетонные плиты… в сверхмощные аккумуляторы

Бетон — это основа нашей цивилизации. Но пока мы ходим по бетонным плитам и живем в бетонных стенах, строительный материал, которому 8500 лет, превращается… в сверхмощные аккумуляторы. Исследователи из MIT научили куски бетона запасать в себе электричество. Похоже, что тихо и незаметно началась новая энергетическая революция.

От римских акведуков к нанотехнологиям

Бетон — один из самых древних стройматериалов. Первые его аналоги археологи датируют 6500 годом до н.э. Но настоящими виртуозами в работе с бетоном были древние римляне. Их секретные рецепты позволяли создавать невероятно прочные конструкции, например, Пантеон, который до сих пор поражает воображение и не требует дополнительных опор. Поэтому веками главным достоинством бетона считалась его долговечность. Но в XXI веке ученые решили, что этого уже мало.

Так наступила эра бетона «умного». На наших глазах появился бетон с функцией самовосстановления, способный «залечивать» трещины. Был создан бетон-поглотитель углерода, помогающий бороться с парниковым эффектом. Разработаны составы, которые могут повышать урожайность сельскохозяйственных культур. Но, пожалуй, самый радикальный прорыв совершили исследователи из MIT (Массачусетского технологического института), создав бетон, способный работать как аккумулятор.

К слову, это далеко не первая попытка наделить бетон электрическими свойствами. Например, в 2023 году в японском парке Одори в Саппоро, где ежегодно выпадает почти 5 метров снега, были установлены самонагревающиеся бетонные плиты. Однако команда из MIT пошла значительно дальше.

Бетон умнеет еще больше

В новом исследовании, подробно описанном в журнале PNAS, ученые представили миру «углеродный бетон с электронной проводимостью» или сокращенно ec3. Его рецепт — это умная смесь цемента, воды и специально подобранных добавок. В перечень входят электролиты и ультрадисперсный технический углерод. Смешавшись, вышеназванные компоненты образуют плотную проводящую наносеть внутри материала, которая и позволяет супербетону накапливать энергию.

Ключом к успеху стало не просто смешивание ингредиентов, а глубокое понимание наноразмерной структуры материала. Ученые использовали 3D-визуализацию, чтобы изучить его состав, и одновременно экспериментировали с электролитами. Оказалось, что лучшие результаты достигаются, когда в воду для замеса добавляются органические электролиты — соли четвертичного аммония с ацетонитрилом. Этот шаг позволил создавать более толстые электроды, способные накапливать значительно больше энергии.


— объяснил смысл инновации Адмир Масич, руководитель исследования.

По оценкам команды, блок бетона ec3 размером с обычный домашний холодильник сможет запасать до 2 киловатт-часов энергии. Этого достаточно, например, чтобы питать энергоэффективные светодиодные лампы в квартире в течение нескольких часов.

Где нам пригодится умный бетон?

Чтобы продемонстрировать симбиоз прочности и функциональности, исследователи построили миниатюрную бетонную арку. Это была отсылка к архитектурным шедеврам Древнего Рима. Небольшая конструкция работала при напряжении 9 вольт, успешно выдерживала собственный вес и при этом питала светодиодную лампу.

Но самое интересное произошло, когда арку начали нагружать. Свет лампы начал мигать. Это не было неисправностью — это был диагностический сигнал.


— Масич.

Однако самое многообещающее применение бетона-аккумулятора — это решение одной из главных проблем современной энергетики: хранения зеленой энергии. Солнечные панели и ветряки производят электричество неравномерно: днем и в ветреную погоду его избыток, а ночью и в штиль — дефицит.

Чтобы зеленая энергия была стабильной, ее нужно запасать. Где? Бетонные фундаменты зданий, стены, дорожное покрытие — все это потенциально может стать частью гигантской распределенной системы хранения энергии, решая проблему нехватки мощностей.


— Масич.



Остается лишь вопрос: готовы ли мы жить в мире, где стены наших домов не просто защищают нас от непогоды, но и дышат энергией, следят за своей целостностью и вообще имеют интеллект. Если да, это произойдет довольно скоро, революционный фундамент уже заложен, осталось построить сверху стены и положить крышу...